RNA的生物合成简明教程课件

第14章RNA的生物合成RNABiosynthesis(Transcription)转录(transcription)是生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA

第一节RNA生物合成的概况一、什么是转录？二、参与转录的物质：原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶

(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子（一）转录模板 DNA的两条链中只有一条可转录，可作为模板按碱基配对规律指引转录生成RNA，称为模板链，也称作有反义链或Watson链或负链。1、模板链(templatestrand)2、编码链(codingstrand)与模板链相对的另一条互补链称编码链，也称为有义链或Crick链或正链。

60年代以前的表示方法与此相反)不对称转录：DNA分子上一条链可转录，另一条链不转录；模板链并非永远在同一单链上。结构基因(structuralgene)：能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的区段。其余的DNA可能转录(rRNA,tRNA)，也可能不转录。3、不对称转录(asymmetrictranscription)以大肠杆菌为例全酶：分子量为480kD，由五种亚基组成α2ββ′ωσ，去掉σ亚基称为核心酶ω亚基的功能还不清楚。一、原核生物RNA聚合酶第二节原核生物的转录（识别、起始、延长和终止）核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)转录起始阶段转录延长阶段ωω•用于转录的起始•依靠空间结构与DNA模板结合(σ亚基与核心酶结合后引起的构象变化)•专一性地与DNA序列(启动子)结合全酶（HoloEnzyme）RNA聚合酶各亚基的功能原核生物RNA聚合酶结合到DNA的启动区开始转录，靠σ亚基辨认启动区，启动RNA的合成。启动子（promoter，也称启动基因）是指RNA聚合酶能识别、结合和开始转录的一段DNA序列。启动区具有共有的序列称为保守序列或一致性序列。二、转录的起始（一）模板的识别RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合:原核生物中转录起始区的共同序列（1）RNA聚合酶全酶(2)与模板DNA上启动子的-35区域结合，即形成了闭合转录复合体(closedtrancriptioncomplex)；（二）转录的起始（2）DNA双链局部解开，形成开放转录复合体(opentranscriptioncomplex)；（二）转录的起始加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。（3）在RNA聚合酶(β亚基)作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物：RNApol(2ω)-DNA-pppGpN-OH-3σ亚基脱落，核心酶构象改变，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。RNA的5′端伸展在转录空泡之外模板为A，转录产物相应为U三、转录的延伸转录延长：53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。这种形状说明：1、不依赖ρ因子的终止子结构特征:☻在终止点之前具有富含G-C的回文区域，形成一个发夹结构☻富含G-C的区域之后是一连串的dA碱基序列，它们转录的RNA链的末端为一连串U（连续6~8个）。具有内在终止子IRIR茎部富含GC不依赖ρ因子的终止子结构ρ因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。ρ因子能结合RNA，对polyC的结合力最强。ρ因子还有NTP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。2、依赖ρ因子的转录终止ρ因子：a、ρ因子与RNA结合（终止子上游的某一处）b、ρ因子沿RNA从5’→3’移动（NTP水解供能）c、ρ因子与RNApol相互作用而造成转录的终止

ρ因子对终止子的作用无连续U串G/C含量较少因子：水解各种核苷三磷酸促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。ρ结合上来追赶RNApolρ追赶上来（暂停）ρ与RNApol相互作用使杂交链解链终止子第三节、真核生物的转录过程真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。真核生物具有3种不同的RNA聚合酶:RNA聚合酶Ⅰ（RNAPolⅠ）RNA聚合酶Ⅱ（RNAPolⅡ）RNA聚合酶Ⅲ（RNAPolⅢ）三种RNA聚合酶专一地转录不同的基因，其转录过程和产物各不相同。三种RNA聚合酶对鹅膏蕈碱的敏感性反应不同。一、真核生物的RNA聚合酶真核生物的RNA聚合酶种类RNApolIRNApolIIRNApolIII所合成的RNA前体rRNA（5.8S,18S,28S）mRNA(hnRNA)及一些特殊的RNAtRNA和5SrRNA在细胞内的分布核仁核质核质对鹅膏蕈碱耐受极敏感中度敏感 真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化。转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。二、转录起始转录起始需要启动子、RNA聚合酶和转录因子的参与，不同RNA聚合酶有其特异的启动子及特定的转录因子。真核生物启动子的结构核心启动子（corepromoter）上游启动子元件（upstreampromoterelement，UPE）核心启动子:指保证RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA区作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始TATA常在-25bp左右，相当于原核的-10序列一个典型的真核生物基因上游序列:5’3’调控序列TATA盒InrYYANYYTA-30+1TATAAA转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-actingelement)转录起始前的上游区段AATAAA切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。

反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptionalfactors,TF)。参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ转录起始前复合物真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，形成转录前起始复合物(pre-initiationcomplex,PIC)。POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化三、延伸真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向真核生物的转录终止，和转录后修饰同时进行。真核生物mRNA有聚腺苷酸(polyA)尾巴结构，是转录后才加进去的。转录不是在polyA的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现，在读码框架的下游，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列。这些序列称为转录终止的修饰点。四、终止复制转录相同点1、都以DNA为模板

2、原料为核苷酸3、合成方向均为5′→3′方向4、都需要依赖DNA的聚合酶5、遵守碱基互补配对规律

6、产物为多聚核苷酸链不同点模板两条链作为模板模板链作为模板原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代DNA链mRNA,rRNA,tRNA碱基配对A-T,C-GA-U,C-G引物需要RNA引物不需要引物合成方式半保留、半不连续复制不对称转录复制和转录的异同点总结第三节转录后加工（修饰）由转录生成的RNA分子是初级RNA转录产物(primaryRNAtranscript)，几乎所有的初级RNA转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的RNA。加工主要在细胞核中进行。几种主要的修饰方式：1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修饰(modification)4.添加(addition)一、mRNA的转录后加工

原核生物mRNA转录后大多不需要加工，一经转录即可进行直接翻译。

只有少数多顺反子RNA需经过核酸内切酶切成较小的单位，再进行翻译。真核生物mRNA前体：hnRNA（一）真核生物mRNA转录后加工大多数真核mRNA的5’-末端有7-甲基鸟嘌呤的帽结构(m7GpppG)，由三磷酸酶、鸟苷酸转移酶（加帽酶）和甲基转移酶催化生成。意义：可以保护mRNA免遭核酸酶的水解；也能与蛋白质结合，促进mRNA与核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。1、

5’-帽子结构的生成5pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶Pi2、3’多聚腺苷酸(polyA)尾核内的初级mRNA称为核内杂化RNA或核内不均一RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)polyA的附加是在多聚A聚合酶即RNA末端腺苷酸转移酶催化下在核内完成的。polyA尾巴同样可以和特定蛋白质结合，具有保护mRNA不被核酸酶水解的作用。真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。（1）断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区3、真核生物mRNA前体的剪接（2）外显子(exon)和内含子(intron)外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。二、tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolIIITGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、内切酶5′-端：一段前导序列

反密码子环：一段插入序列3′端：UU碱基1、切除部分序列:tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP2、3′-端CCA-OH的生成tRNA核苷酸转移酶3、碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）原核生物：16S、23S和5SrRNA都来自于一个30SrRNA前体，前体两端及各rRNA之间的间隔RNA需在加工中除去。真核生物：18S